התקנים המחוברים ל- IIoT הופכים לאלחוטיים באמת כדי לפקח על סביבות קשות לגישה ומחוץ לרשת. ביישומים שבהם נדרשים פתרונות המופעלים באמצעות סוללה, ישנם שני סוגים עיקריים של מכשירים אלחוטיים תעשייתיים מרוחקים.
סוג אחד שואב כמות אנרגיה ממוצעת (כולל זרם רקע ופולסים), ניתן למדידה במיקרו-אמפר, ומופעל בדרך כלל על ידי סוללות ליתיום ראשוניות (לא נטענות). הסוג האחר של היישום שואב כמות ממוצעת של אנרגיה (כולל זרם רקע ופולסים), ניתן למדידה במיליאמפ, ומופעל בדרך כלל על ידי מכשיר לקצירת אנרגיה בשילוב עם סוללת נטענת ליתיום-יון (Li-ion).
הבנת הסוללות הראשיות (שאינן נטענות) השונות
הרוב המכריע של המכשירים האלחוטיים המרוחקים מופעל באמצעות סוללות ראשוניות. ישנם כימיקלים רבים, כולל ברזל דיסולפט (LiFeS2), ליתיום מנגן דו חמצני (LiMnO2), ליתיום תיוניל כלורי (LiSOCl2), ותחמוצת מתכת ליתיום (לוח 1).
טבלה 1: השוואת סוגי הסוללות (מקור: סוללות תדיראן)
סוללות ליתיום עדיפות ליישומים אלחוטיים תעשייתיים בשל הפוטנציאל השלילי המהותי שלהם, העולה על כל המתכות האחרות. כמתכת הקלה ביותר שאינה גזית, ליתיום מציע את האנרגיה הספציפית הגבוהה ביותר (אנרגיה ליחידת משקל) וצפיפות האנרגיה (אנרגיה ליחידת נפח) מכל כימי הסוללה הזמינים. תאי ליתיום פועלים בזרם פעולה רגיל מתח טווח של 2.7 עד 3.6 V. גם הכימיה אינה מימית, ולכן פחות סיכוי לקפוא בטמפרטורות קיצוניות.
LiSOCl מסוג סליל2 סוללות נבחרות בעיקר לפריסה ארוכת טווח בסביבות קיצוניות, כולל מדידת AMR / AMI, M2M, SCADA, ניטור ברמת הטנק, מעקב אחר נכסים וחיישנים סביבתיים, עד כמה שם. LiSOCl מסוג סליל2 התאים כוללים את הקיבולת והצפיפות האנרגטית הגבוהים ביותר בכל כימיה כלשהי, יחד עם קצב הפירוק העצמי השנתי הנמוך ביותר (מתחת ל -1% לשנה עבור תאים מסוימים), המאפשרים חיי סוללה עד 40 שנה. תאים אלה כוללים גם את טווח הטמפרטורות הרחב ביותר האפשרי (-80 מעלות צלזיוס עד 125 מעלות צלזיוס), מה שהופך אותם לאידיאלים עבור מיקומים קשים לגישה וסביבות קיצוניות.
הבנת פריקה עצמית של הסוללה
כל הסוללות חוות פריקה עצמית כלשהי, המתרחשת באופן טבעי כתגובות כימיות מרטיבות אנרגיה גם בזמן שהתא מנותק או מאוחסן. פריקה עצמית מושפעת מפוטנציאל הפריקה הנוכחי של התא, מטוהר ואיכות חומרי הגלם ואפקט הפסיבציה.
פסיבציה ייחודית ל- LiSOCl2 סוללות, הכוללות סרט דק של ליתיום כלורי (LiCl) הנוצר על פני האנודה ליתיום כדי להגביל את התגובתיות. כאשר מניחים עומס על התא, שכבת הפסיבציה גורמת להתנגדות ראשונית גבוהה ולטבילה זמנית במתח עד שתגובת הפריקה מתחילה לפזר את שכבת ה- LiCl - תהליך שחוזר על עצמו בכל פעם שהעומס מוסר.
לאפקט הפסיבציה יש כמה השפעות, כולל קיבולת נוכחית, אורך האחסון, טמפרטורת האחסון, טמפרטורת הפריקה ותנאי פריקה קודמים. הסרת העומס מתא משוחרר חלקית מעלה את רמת הפסיבציה ביחס למצב שהיה חדש. פסיבציה מאריכה את חיי הסוללה, אך יותר מדי ממנה יכולה להגביל את זרימת האנרגיה יתר על המידה.
גורמים אחרים משפיעים על פריקה עצמית של הסוללה, כולל פוטנציאל הפריקה הנוכחי של התא, אופן הייצור ואיכות חומרי הגלם. לדוגמא, LiSOCl מסוג סליל איכותי2 תא יכול להכיל קצב פריקה עצמית של 0.7% בשנה, תוך שמירה על 70% מהקיבולת המקורית לאחר 40 שנה. לעומת זאת, LiSOCl מסוג סלילים באיכות נמוכה יותר2 תא יכול לחוות קצב פריקה עצמית של עד 3% בשנה, לאבד 30% מהקיבולת הראשונית שלו כל עשר שנים, מה שהופך את חיי הסוללה ל 10 שנה לבלתי אפשריים.
התאמה ליישומי דופק גבוה
מספר גדל והולך של מכשירים אלחוטיים פועלים בעיקר במצב "המתנה", ומושכים כמויות מינימלי של זרם ודורשים פעימות גבוהות תקופתיות להפעלת תקשורת אלחוטית דו כיוונית.
LiSOCl מסוג סליל סטנדרטי2 סוללות אינן יכולות לספק פולסים גבוהים בשל העיצוב הנמוך שלהן. ניתן להתגבר על כך על ידי הוספת שכבת פטנט היברידית קבל (HLC).
הסוללה הסטנדרטית LiSOCl2 התא מספק זרם רקע יומי נמוך, בעוד שה- HLC מטפל בפולסים גבוהים תקופתיים. ה- HLC המוגן בפטנט כולל גם רמת מתח מיוחדת לסוף החיים שניתן לפרש אותה כדי לספק התראות מצב אוטומטיות על סוללה חלשה.
ניתן להשוות את חיי הסוללה למירוץ
האם היישום שלך דורש מהירות (קצב זרימה גבוה יותר) או מרחק (חיי סוללה ממושכים)? זה מקביל לספרינט לעומת ריצה למרחקים ארוכים:
- תאים בקצב גבוה: רצים בעלייה תלולה עם מספר קטן של פולסים גבוהים הנמדדים במגברים, וכתוצאה מכך חיי סוללה מרביים של עד חמש שנים.
- תאים בקצב בינוני: רצים בשיפוע קטן יותר עם פולסים הנמדדים במאות מיליאמפר, וכתוצאה מכך חיי סוללה מרביים של עד 10 שנים.
- תאי חיים ארוכים במיוחד: לרוץ על מסלול כמעט שטוח עם מספר רב של משוכות / פולסים קטנים הניתנים למדידה בעשרות מיליאמפר, וכך נוצר פוטנציאל לחיי סוללה ל 40 שנה.
- תאי חיים ארוכים במיוחד עם פעימות תקופתיות בקצב גבוה: לרוץ על מסלול כמעט שטוח עם מספר רב של משוכות / פולסים גבוהים יותר הניתנים למדידה עד עשרות אמפר, וכך נוצר פוטנציאל למשך 40 שנות סוללה.
(מקור: תדיראן סוללות)
גורמים אחרים משפיעים על בחירת סוללת ליתיום ראשית ברמה תעשייתית, כולל כמות הזרם הנצרכת במצב פעיל (יחד עם גודל, משך ותדירות הפולסים), אנרגיה הנצרכת במצב המתנה או במצב שינה (זרם הבסיס), זמן אחסון (פריקה עצמית רגילה במהלך האחסון פוחתת בקיבולת), והטמפרטורות הצפויות (במהלך אחסון ותפעול בשטח). שיקולים נוספים כוללים את מתח ניתוק הציוד (מכיוון שקיבולת הסוללה נגמרה, או בטמפרטורות קיצוניות, המתח יכול לרדת לנקודה נמוכה מדי מכדי שהחיישן יפעל), וקצב הפריקה העצמית השנתי של הסוללה (שיכול להתקרב לכמות. של הזרם השאוב מהשימוש היומי הממוצע).
תוצאות המבחן לטווח הקצר אינן יכולות לחזות מרתון
ההשפעה לטווח הארוך של קצב פריקה עצמית גבוהה יותר עשויה שלא להתברר במשך שנים, ושיטות תיאורטיות לחיזוי חיי סוללה בפועל מייצגות בדרך כלל את החשיבות של אפקט הפסיבציה יחד עם חשיפה ארוכת טווח לטמפרטורות קיצוניות.
אם היישום שלך דורש כוח לטווח ארוך, עליך להעריך בקפידה ספקים פוטנציאליים על ידי בקשה לתוצאות בדיקה ארוכות טווח שתועדו באופן מלא יחד עם נתוני בדיקה ארוכי טווח שנלקחו ממכשירים דומים בתנאים דומים ותנאים סביבתיים. הכרת הסוללה ודרישות היישום יעזרו בשיפור ביצועי המכשיר ולהאריך את חיי הסוללה כדי להפחית את עלות הבעלות.
על תדיראן